岩石力学10章

1、 第一节第一节 概概 述述 石油工业中，石油工业中，油井生产出砂油井生产出砂( (sand productionsand production ) )是个普遍性问是个普遍性问题，而且油井生产出砂问题的研究十分困难，原因是：题，而且油井生产出砂问题的研究十分困难，原因是： 无法直接观测出砂过程无法直接观测出砂过程 油田开发在地层深处进行，在地面无法直接观测；油田开发在地层深处进行，在地面无法直接观测； 第十章第十章 油井生产出砂油井生产出砂cementation strength cementation strength 胶结强度胶结强度 reservoir depletionreservoir

2、 depletion 油藏压油藏压力衰减力衰减 well completion well completion 完井完井 perforation perforation 射孔射孔 draw-downdraw-down生产生产压差压差sand up sand up 砂堵砂堵gravel packing gravel packing 砾石充填砾石充填 chemical chemical consolidation consolidation 化学固结化学固结 stable arch sand control stable arch sand control 稳定砂拱固稳定砂拱固砂砂epoxy re

3、sin epoxy resin 环氧树脂环氧树脂 fluid drag stress fluid drag stress 流体拖曳力流体拖曳力sand control sand control 防砂防砂stimulation stimulation 强化，油层增产措施强化，油层增产措施casing casing 套管套管 proppantproppant 支撑剂支撑剂 capillary force capillary force 毛细管力毛细管力oil and gas field oil and gas field 油气田油气田 banding agent banding agent 胶结剂

4、胶结剂 in site in site stresses stresses 原地应力原地应力 pore pressurepore pressure孔隙压力孔隙压力 mechanical mechanical properties poorly consolidated properties poorly consolidated 固结不好的固结不好的 frameworkframework骨架骨架, ,框架框架 岩石力学性质岩石力学性质(rock (rock mechanical propertiesmechanical properties ) )复杂复杂 地层岩石的力学性质可能在较大范围内变

5、化，地层深部地层岩石的力学性质可能在较大范围内变化，地层深部取心不但花费昂贵，而且也有一定的偶然性、局限性，如地取心不但花费昂贵，而且也有一定的偶然性、局限性，如地层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持，而这层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持，而这些因素对地层岩石的力学性质有很大影响；些因素对地层岩石的力学性质有很大影响； 储层条件复杂储层条件复杂 随着生产的进行和各种增产措施的实施，使储层变得十分随着生产的进行和各种增产措施的实施，使储层变得十分复杂，这也给研究出砂机理带来困难。复杂，这也给研究出砂机理带来困难。 油井出砂影响因素多油井出砂影响因素多 油井出砂受许多复杂因

6、素的影响，如；地质条件、岩石力油井出砂受许多复杂因素的影响，如；地质条件、岩石力学性质、生产参数等；学性质、生产参数等； 在一口井最终完成之前以及在其生产过程中，准确地预测其在一口井最终完成之前以及在其生产过程中，准确地预测其是否出砂是至关重要的，因为无论采取何种是否出砂是至关重要的，因为无论采取何种防砂防砂( (sand control sand control ) )措施费用都会很高，所以不必要的采取防砂措施，不仅使生产费措施费用都会很高，所以不必要的采取防砂措施，不仅使生产费用增加，而且污染油气层，降低生产效率。用增加，而且污染油气层，降低生产效率。 但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开

7、发的井，采取防砂但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开发的井，采取防砂措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。 一、油井出砂的基本过程一、油井出砂的基本过程 地层砂可分为两种：充填（松散）砂和地层砂可分为两种：充填（松散）砂和骨架砂骨架砂(framework (framework sand)sand)。 当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，油井开始出砂，这类充填砂的流出的未胶结的砂粒发生移动，油井开始出砂，这类充填砂的流出是不可避免的，而且起到疏通地层孔隙通道的作用；反

8、之，如是不可避免的，而且起到疏通地层孔隙通道的作用；反之，如果这些充填砂留在地层中，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率果这些充填砂留在地层中，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率下降，产量降低。因此充填砂不是防治的对象。下降，产量降低。因此充填砂不是防治的对象。 第二节第二节 油井出砂的过程及危害油井出砂的过程及危害 当流速和生产压差达到某一数值时，岩石所受的应力达当流速和生产压差达到某一数值时，岩石所受的应力达到或超过它的强度，造成岩石结构损坏，使骨架砂变成松散到或超过它的强度，造成岩石结构损坏，使骨架砂变成松散砂，被流体带走，引起油井大量出砂。砂，被流体带走，引起油井大量出砂。 防砂的主要对象就是骨

9、架砂，上述情况是在生产过程中防砂的主要对象就是骨架砂，上述情况是在生产过程中应尽量避免的。应尽量避免的。 根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段：根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段： 第一阶段是由骨架砂变成自由砂，这是导致出砂的必要第一阶段是由骨架砂变成自由砂，这是导致出砂的必要条件；条件； 对于出砂的该阶段来说，应力因素：如对于出砂的该阶段来说，应力因素：如井眼压力井眼压力(borehole pressure(borehole pressure) 、原地应力状态原地应力状态( (in site stresses in site stresses statestate) )几几岩石

10、强度岩石强度(rock strength)(rock strength)等是影响出砂的主要因等是影响出砂的主要因素。素。 第二阶段是自由砂的运移。第二阶段是自由砂的运移。 要运移由于剪切破坏而形成的松散砂，液力因素是主要影要运移由于剪切破坏而形成的松散砂，液力因素是主要影响因素：如流速、响因素：如流速、渗透率渗透率( (permeabilitypermeability ) )、粘度以及两相或、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用等。三相流动的相对渗透率等的作用等。 生产过程中，只要满足以上两方面条件，油井就会出砂。生产过程中，只要满足以上两方面条件，油井就会出砂。 因此，对于具有一定因此

11、，对于具有一定胶结强度胶结强度(cementation strength )的的地层而言，要实现有效的地层而言，要实现有效的防砂防砂(sand controlsand control )，首先要防止地，首先要防止地层发生破坏，即不让出砂的必要条件得到满足，这主要通过控层发生破坏，即不让出砂的必要条件得到满足，这主要通过控制应力因素：如保持储层压力、减小制应力因素：如保持储层压力、减小生产压差生产压差(draw-downdraw-down)等来等来实现。实现。 但是，随着生产的进行，储层压力衰减，岩石强度降低都但是，随着生产的进行，储层压力衰减，岩石强度降低都是必然要发生的，那么，岩石不可避免要

12、发生破坏。这样，过是必然要发生的，那么，岩石不可避免要发生破坏。这样，过程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段，这时主要通过控制流程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段，这时主要通过控制流速来阻止自由砂的运移达到速来阻止自由砂的运移达到防砂防砂( (sand controlsand control) )的目的，即控的目的，即控制产量（流速）。制产量（流速）。 同样，对于弱胶结和未胶结储层而言，出砂第一阶段的同样，对于弱胶结和未胶结储层而言，出砂第一阶段的条件很容易满足，这样条件很容易满足，这样防砂防砂(sand controlsand control )的关键在于不让的关键在于不让出砂第二阶段所需要的

13、条件得到满足，即可通过控制流速和出砂第二阶段所需要的条件得到满足，即可通过控制流速和生产压差来达到防砂的目的。生产压差来达到防砂的目的。 二、出砂的危害二、出砂的危害 油、气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。每油、气井出砂是石油开采遇到的重要问题之一。每年要花费大量人力物力进行防治和年要花费大量人力物力进行防治和防砂防砂( (sand controlsand control ) )研究。出砂给生产带来的危害可概括为以下三类：研究。出砂给生产带来的危害可概括为以下三类： (1)(1)井下、井口采油设备的磨损和腐蚀井下、井口采油设备的磨损和腐蚀 产液中带砂使各种采油泵、管线受到磨损，大大缩短了产

14、液中带砂使各种采油泵、管线受到磨损，大大缩短了它们的寿命。对于输油管线由于砂粒磨损加快了腐蚀速度；它们的寿命。对于输油管线由于砂粒磨损加快了腐蚀速度； (2)(2)井眼稳定井眼稳定(borehole borehole stabilitystability )问题问题 由于出砂使井眼失稳而导致套管挤毁、油井报废。通过对由于出砂使井眼失稳而导致套管挤毁、油井报废。通过对胜利油田某疏松砂岩区块资料分析发现：随着出砂的加剧和原胜利油田某疏松砂岩区块资料分析发现：随着出砂的加剧和原地层压力的降低，套损井逐年增加，疏松砂岩储层油井地层压力的降低，套损井逐年增加，疏松砂岩储层油井套管套管(casing)(c

15、asing)损坏严重，总数已占损坏严重，总数已占1010以上，个别区块已达以上，个别区块已达3030以以上。上。 （3 3）出砂会导致减产或停产作业）出砂会导致减产或停产作业 油井出砂磨损泵筒与柱塞，降低泵效，甚至损坏采油泵，油井出砂磨损泵筒与柱塞，降低泵效，甚至损坏采油泵，造成油井减产或停产。造成油井减产或停产。 三、油井出砂的影响因素三、油井出砂的影响因素 影响油井出砂的因素很多，概括起来可分为三大类：影响油井出砂的因素很多，概括起来可分为三大类： 地质力学因素，包括：原地应力状态（垂直地应力地质力学因素，包括：原地应力状态（垂直地应力与原始水平地应力）、孔隙压力、原地温度、地质构造等；与

16、原始水平地应力）、孔隙压力、原地温度、地质构造等； 砂岩储层的综合性质砂岩储层的综合性质 井深、砂岩的强度和变形特征、孔隙度、渗透率、泄流井深、砂岩的强度和变形特征、孔隙度、渗透率、泄流半径、流体的组成（油、气、水的含量及分布等）、粘土含半径、流体的组成（油、气、水的含量及分布等）、粘土含量、岩石组成、颗粒尺寸和形状及压实情况等；量、岩石组成、颗粒尺寸和形状及压实情况等； 工程因素，包括完井类型、井身结构参数（井深井斜、工程因素，包括完井类型、井身结构参数（井深井斜、方位、井径）、完井液的性能、增产措施（压裂、酸化等）、生方位、井径）、完井液的性能、增产措施（压裂、酸化等）、生产工艺参数（流速

17、、生产压差及流量）、油层损害（表皮系数增产工艺参数（流速、生产压差及流量）、油层损害（表皮系数增大）、放油或关井方案、人工举升技术、油藏衰竭、累计出砂量大）、放油或关井方案、人工举升技术、油藏衰竭、累计出砂量等。等。 这些因素和参数相互作用、相互影响、使研究出砂问题变得这些因素和参数相互作用、相互影响、使研究出砂问题变得十分复杂，对某一油田，只凭现场经验很难决定哪些因素是地层十分复杂，对某一油田，只凭现场经验很难决定哪些因素是地层出砂的主要因素。出砂的主要因素。 四、井下出砂的防治四、井下出砂的防治 若井眼出砂，就要采取防砂措施，针对出砂的危害，人们采若井眼出砂，就要采取防砂措施，针对出砂的危

18、害，人们采取了多种防砂方法。可以把这些措施概括为两大类：取了多种防砂方法。可以把这些措施概括为两大类： 第一类方法是自然完井法防砂第一类方法是自然完井法防砂 利用生产参数如压差、生产速率等来控制油井出砂。利用生产参数如压差、生产速率等来控制油井出砂。 第二类方法是主动防砂法第二类方法是主动防砂法 包括包括砾石充填砾石充填(gravel packing(gravel packing ) ) 、绕丝筛管、绕丝筛管、化学固结化学固结(consolidation )(consolidation )和地层预和地层预强化强化(stimulation)(stimulation)等方法。砾石充等方法。砾石充填

19、是比较重要的一种方法。填是比较重要的一种方法。 砾石充填有两种方法：砾石充填有两种方法： 一是套管内砾石充填。一是套管内砾石充填。 在下入套管并在下入套管并射孔射孔(perforation )(perforation )的井中如有出砂，可在出的井中如有出砂，可在出砂井段下筛管，在筛管与油层套管之间的环空中充填砾石。砂井段下筛管，在筛管与油层套管之间的环空中充填砾石。 二是裸眼砾石充填二是裸眼砾石充填 裸眼砾石充填是在钻开产层之前下套管封固，再钻开产层，裸眼砾石充填是在钻开产层之前下套管封固，再钻开产层，在产层段扩大井眼，下入筛管，在井眼与筛管之间的环形空间中在产层段扩大井眼，下入筛管，在井眼与

20、筛管之间的环形空间中充填砾石。砾石和筛管对地层的出砂起阻挡作用。充填砾石。砾石和筛管对地层的出砂起阻挡作用。 化学固结化学固结(consolidationconsolidation)是把一种化学物质注入井眼附近，是把一种化学物质注入井眼附近，使其强度增大以防止出砂。使其强度增大以防止出砂。 稳定砂拱法稳定砂拱法(stable arch sand control )(stable arch sand control )是用水力封隔器是用水力封隔器将井眼附近地层机械压实的方法。其目的是改善地层颗粒之间的将井眼附近地层机械压实的方法。其目的是改善地层颗粒之间的桥堵能力。桥堵能力。 主动防砂法的共同点

21、：主动防砂法的共同点： 一是价格昂贵；一是价格昂贵； 二是会降低油层的渗透率，从而降低油井的生产能力。二是会降低油层的渗透率，从而降低油井的生产能力。 油井出砂机理作为防砂和出砂预测的理论基础，它已油井出砂机理作为防砂和出砂预测的理论基础，它已越来越受到人们的重视。油井出砂机理的研究主要有两种越来越受到人们的重视。油井出砂机理的研究主要有两种方法，即实验研究和理论研究。方法，即实验研究和理论研究。大规模的出砂模拟实验大规模的出砂模拟实验, ,小规模出砂模拟实验小规模出砂模拟实验, ,出砂的理论出砂的理论研究是将井眼周围的岩石假设成一定的物理模型，然后根研究是将井眼周围的岩石假设成一定的物理模型

22、，然后根据材料的本构关系、受力情况和一定的破坏准则判断岩石据材料的本构关系、受力情况和一定的破坏准则判断岩石是否发生破坏是否发生破坏第三节第三节 出砂机理研究出砂机理研究 一、实验研究一、实验研究 实验研究是观察控制条件下的出砂行为，来认识出砂机理实验研究是观察控制条件下的出砂行为，来认识出砂机理及各类生产工艺参数对出砂的影响规律。同时，出砂模拟实验及各类生产工艺参数对出砂的影响规律。同时，出砂模拟实验可以验证理论模型。可以验证理论模型。 实验研究方法主要有两种：实验研究方法主要有两种： 一种是进行大规模的出砂模拟实验，其优点是能比较真实一种是进行大规模的出砂模拟实验，其优点是能比较真实地模拟

23、实际出砂现象，缺点是设备庞大，试验成本高，而且不地模拟实际出砂现象，缺点是设备庞大，试验成本高，而且不具有可重复性；如下图的出砂模拟实验。具有可重复性；如下图的出砂模拟实验。 图图10-1 10-1 出砂模拟试验出砂模拟试验 出砂模拟实验是研究有限模拟井底条件下的出砂影响因素。出砂模拟实验是研究有限模拟井底条件下的出砂影响因素。 在模拟实验研究的基础上，在模拟实验研究的基础上，CookCook等人研究了应力、流动速等人研究了应力、流动速率等对出砂的影响。率等对出砂的影响。 研究发现：对于高渗透性岩石，流体向孔道中径向流动时研究发现：对于高渗透性岩石，流体向孔道中径向流动时产生的应力对出砂有很小

24、的影响，而沿射孔孔道的轴向流起着产生的应力对出砂有很小的影响，而沿射孔孔道的轴向流起着决定性的作用。他们认为出砂问题可以分成应力问题和流动问决定性的作用。他们认为出砂问题可以分成应力问题和流动问题。应力问题是确定低胶结强度岩石在具体应力状态下是否发题。应力问题是确定低胶结强度岩石在具体应力状态下是否发生破坏；而流动问题主要是确定射孔孔道最高能承受多大流速生破坏；而流动问题主要是确定射孔孔道最高能承受多大流速而不会剥落孔道壁上的岩石，使破坏不能进一步进行。而不会剥落孔道壁上的岩石，使破坏不能进一步进行。 KooijmanKooijman等也进行了大规模的室内出砂实验，他们得出等也进行了大规模的室

25、内出砂实验，他们得出的结论是：有效应力增加和压降都能导致不稳定（瞬态）出的结论是：有效应力增加和压降都能导致不稳定（瞬态）出砂；而水侵导致大量出砂但又很快消失，表明了两相流动是砂；而水侵导致大量出砂但又很快消失，表明了两相流动是影响出砂的主要因素。影响出砂的主要因素。 TronvollTronvoll等采用室内实验和数值分析相结合的方法，研究等采用室内实验和数值分析相结合的方法，研究了射孔孔道的稳定性，他们认为射孔孔道开始破坏主要是由地了射孔孔道的稳定性，他们认为射孔孔道开始破坏主要是由地层强度和应力状态（原始地应力、孔隙压力和生产压差等）控层强度和应力状态（原始地应力、孔隙压力和生产压差等）

26、控制的。制的。 D. AntheurisD. Antheuris等对影响气井出砂的因素进行了实验研究，等对影响气井出砂的因素进行了实验研究，研究发现，射孔孔道的稳定性主要取决于有效应力水平，对于所研究发现，射孔孔道的稳定性主要取决于有效应力水平，对于所研究的弱胶结砂岩，气流的冲蚀对孔道破坏的影响很小，而对那研究的弱胶结砂岩，气流的冲蚀对孔道破坏的影响很小，而对那些比较硬的砂岩几乎没有影响。些比较硬的砂岩几乎没有影响。 VrizenVrizen等研究了气体流入和通过孔道时的冲蚀作用对孔道等研究了气体流入和通过孔道时的冲蚀作用对孔道稳定性的重要性。结果表明：对于给定硬度的砂岩，孔道的稳稳定性的重要

27、性。结果表明：对于给定硬度的砂岩，孔道的稳定性主要是由有效应力确定的，冲蚀作用对射孔孔道的稳定性定性主要是由有效应力确定的，冲蚀作用对射孔孔道的稳定性并不重要。因此他们推论认为：射孔孔道的稳定性基本上是由并不重要。因此他们推论认为：射孔孔道的稳定性基本上是由射孔周围区域结构稳定性确定的。射孔周围区域结构稳定性确定的。 综上所述，对出砂影响最大的两个因素：一是应力因素，综上所述，对出砂影响最大的两个因素：一是应力因素，如井眼压力、原地应力状态、岩石强度；二是液力因素，如如井眼压力、原地应力状态、岩石强度；二是液力因素，如流速、渗透率、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等。流速、渗透率、粘度以及两

28、相或三相流动的相对渗透率等。 从现场观察到的现象来看，有的出砂主要受液力的影响，从现场观察到的现象来看，有的出砂主要受液力的影响，而有的主要受应力的影响。而有的主要受应力的影响。 另一种实验研究方法就是小规模出砂模拟实验。其特点是另一种实验研究方法就是小规模出砂模拟实验。其特点是模拟控制出砂的几个因素，试验灵活简便、具有可重复性，缺模拟控制出砂的几个因素，试验灵活简便、具有可重复性，缺点在于与实际出砂情况差别较大。如砂拱稳定性实验。点在于与实际出砂情况差别较大。如砂拱稳定性实验。 图图10-2 10-2 砂拱稳定性试验示意图砂拱稳定性试验示意图 拱是一种能跨过孔道的自支持结构，它很早以前就被人

29、们拱是一种能跨过孔道的自支持结构，它很早以前就被人们用于建筑结构中。用于建筑结构中。 在弱胶结砂岩中进行采油时，砂拱就会在原射孔孔道中形在弱胶结砂岩中进行采油时，砂拱就会在原射孔孔道中形成。成。 TerzaghiTerzaghi首先对拱的形成与稳定机理进行了分析，他使用首先对拱的形成与稳定机理进行了分析，他使用了一个装满砂子的箱子，箱子的底面有个活动门，当将活动门了一个装满砂子的箱子，箱子的底面有个活动门，当将活动门移开时，他发现施加在活动门上的载荷能转移到其周围。移开时，他发现施加在活动门上的载荷能转移到其周围。 HallHall和和HarrisbergerHarrisberger在研究砂拱

30、的稳定性及最大无砂采在研究砂拱的稳定性及最大无砂采油速率的影响因素时，重新做了油速率的影响因素时，重新做了TerzaghiTerzaghi的实验，他们发现的实验，他们发现在低应力水平下拱对流动速率很敏感，而在高应力水平下，在低应力水平下拱对流动速率很敏感，而在高应力水平下，它与流动速率无关，他们没有给出在流动速率敏感区内砂拱它与流动速率无关，他们没有给出在流动速率敏感区内砂拱的破坏速率。的破坏速率。 SteinStein与其同事认为砂拱能承受的最大流动速率是与砂岩与其同事认为砂拱能承受的最大流动速率是与砂岩的剪切模量成比例的。的剪切模量成比例的。 HallHall等在等在19721972年研究

31、了形成稳定圆拱结构的条件，他们认年研究了形成稳定圆拱结构的条件，他们认为松散砂不能形成稳定的砂拱形成稳定砂拱必需具备的两个为松散砂不能形成稳定的砂拱形成稳定砂拱必需具备的两个条件是膨胀性和内聚性。条件是膨胀性和内聚性。 YimYim等研究了出口尺寸、拖曳力和粒度分布对砂拱的影响，等研究了出口尺寸、拖曳力和粒度分布对砂拱的影响，他们发现：流体的拖曳力对成拱有不稳定作用。他们发现：流体的拖曳力对成拱有不稳定作用。 通过砂拱的稳定性实验，人们还发现有楞角的砂粒在较低通过砂拱的稳定性实验，人们还发现有楞角的砂粒在较低的载荷作用下无法形成砂拱，载荷提高后才能形成稳定的砂拱，的载荷作用下无法形成砂拱，载荷

32、提高后才能形成稳定的砂拱，随着载荷进一步增大，砂粒楞角破坏，砂拱失去稳定性。而球随着载荷进一步增大，砂粒楞角破坏，砂拱失去稳定性。而球形砂粒在无粒间粘结力作用时，无法形成稳定砂拱。形砂粒在无粒间粘结力作用时，无法形成稳定砂拱。 砂拱随围压的增加而减小，而稳定性随围压和粘结力增加砂拱随围压的增加而减小，而稳定性随围压和粘结力增加而增大。而增大。 流速对砂拱的稳定性影响主要是由于压降和流体拖曳力作流速对砂拱的稳定性影响主要是由于压降和流体拖曳力作用，砂拱越小，泄流面积越小，流速越大，压降和流体拖曳力用，砂拱越小，泄流面积越小，流速越大，压降和流体拖曳力就越大，小砂拱就会变成大砂拱使泄流面积增大。就

33、越大，小砂拱就会变成大砂拱使泄流面积增大。 二、理论研究二、理论研究 出砂的理论研究是将井眼周围的岩石假设成一定的物理出砂的理论研究是将井眼周围的岩石假设成一定的物理模型，然后根据材料的本构关系、受力情况和一定的破坏准模型，然后根据材料的本构关系、受力情况和一定的破坏准则判断岩石是否发生破坏。众所周知，深埋地下的油层，受则判断岩石是否发生破坏。众所周知，深埋地下的油层，受到上覆岩层压力、水平地应力及地层孔隙压力的作用，在井到上覆岩层压力、水平地应力及地层孔隙压力的作用，在井眼钻开前，地下岩层处于平衡状态。但是油、气井在生产过眼钻开前，地下岩层处于平衡状态。但是油、气井在生产过程中，岩石中的应力

34、状态要发生变化，可能导致岩石破坏。程中，岩石中的应力状态要发生变化，可能导致岩石破坏。 岩石的破坏形式主要有两种：岩石的破坏形式主要有两种： 剪切破坏和拉伸破坏。剪切破坏和拉伸破坏。 通常认为剪切破坏是大多数现场出砂的基本机理。通常认为剪切破坏是大多数现场出砂的基本机理。 若油层发生剪切破坏，便产生了破裂面，同时由于产液流若油层发生剪切破坏，便产生了破裂面，同时由于产液流动的拖曳力，将破裂面上的砂子携带出来。动的拖曳力，将破裂面上的砂子携带出来。 拉伸破坏是岩石出砂的另一个机理。拉伸破坏是岩石出砂的另一个机理。 该破坏机理认为由于产液流速过大，引起的径向拉应力超该破坏机理认为由于产液流速过大，

35、引起的径向拉应力超过岩石的抗拉强度时，就会导致拉伸破坏。过岩石的抗拉强度时，就会导致拉伸破坏。 实际上两种机理同时起作用并相互影响。实际上两种机理同时起作用并相互影响。 从微观上看，出砂是由于地层流体对岩石颗粒的冲蚀而引从微观上看，出砂是由于地层流体对岩石颗粒的冲蚀而引起的。流体流经砂体的小孔隙时，产生摩擦和压降。当压力降很起的。流体流经砂体的小孔隙时，产生摩擦和压降。当压力降很大且砂粒的胶结物少或缺少胶结物时，单个砂粒开始移动并进入大且砂粒的胶结物少或缺少胶结物时，单个砂粒开始移动并进入井筒。井筒。 为了有效地预防油井出砂问题，有必要了解油井出砂预测为了有效地预防油井出砂问题，有必要了解油井

36、出砂预测技术。概括来讲，目前存在下列出砂预测模型：技术。概括来讲，目前存在下列出砂预测模型： 1 1、单参数模型、单参数模型 此模型的形式最简单，只有一个参数，如极限井深准则，此模型的形式最简单，只有一个参数，如极限井深准则，只有在该深度以下才会出砂；只有在该深度以下才会出砂； 此外还有声波传递时间准则，利用声波在地层中的传播时此外还有声波传递时间准则，利用声波在地层中的传播时间间T T来进行预测。当来进行预测。当T295us/mT295us/m时，该地层应采取防砂措施。时，该地层应采取防砂措施。 单参数模型简单易用，但偏于保守。单参数模型简单易用，但偏于保守。 第四节第四节 油井出砂预测技术

37、油井出砂预测技术 2 2、双参数模型、双参数模型 双参数模型考虑双参数模型考虑油藏压力衰减油藏压力衰减(reservoir depletion)(reservoir depletion)及及生产压差生产压差(draw-down)(draw-down)的影响。的影响。 3 3、多参数模型、多参数模型 在出砂因素中考虑深度、声波传播时间、生产速率、生产在出砂因素中考虑深度、声波传播时间、生产速率、生产压差、生产指数、泥质含量、含水量等因素。压差、生产指数、泥质含量、含水量等因素。 GhalamborGhalambor等人等人首先提出了水侵后的气井出砂预测问题，并且利用现场气井数首先提出了水侵后的气

38、井出砂预测问题，并且利用现场气井数据和通过测井资料获得的储集层特性参数，用统计的方法建立据和通过测井资料获得的储集层特性参数，用统计的方法建立了水侵后的气藏出砂预测模式了水侵后的气藏出砂预测模式: :4 06 .236551 .1303629912.2000557. 097.115318457. 0GGCVPGVVPPtbwceMwcahws上式中：上式中：P P 极限生产压差，极限生产压差，psi; psi; 井底静压，井底静压，psi;psi; 泥页岩体积分数泥页岩体积分数, , ； G G 剪切模量，剪切模量，psi;psi; 湿粘土体积，湿粘土体积， ； 莫尔圆预测的压